Действительно ли черная дыра нашей галактики состоит из темной материи?

В центре нашей галактики есть сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А*, но группа исследователей предполагает, что это может быть вовсе не черная дыра. Команда говорит, что эта и другие черные дыры примерно такого же размера на самом деле могут быть сгустками темной материи.

Темная материя, названная так потому, что она не взаимодействует со светом или обычной материей каким-либо иным образом, кроме гравитации, составляет около 85 процентов всей материи во Вселенной, но мы знаем о ней очень мало. Что мы знаем, благодаря тому, как вращаются галактики, так это то, что большинство галактик заключены в гало какого-либо объекта. «Мы знаем, что это произойдет на окраинах галактик, но мы не знаем, что происходит в их центрах», — говорит Валентина Креспи из Национального университета Ла-Платы (UNLP) в Аргентине.

Креспи и его коллеги создали модель ядра галактики, состоящую из темной материи в виде чрезвычайно легких частиц, называемых фермионами. Они обнаружили, что фермионная темная материя может образовывать сгусток настолько массивный и плотный, что на расстоянии он может выглядеть почти как сверхмассивная черная дыра.

«С Земли вы могли бы увидеть нечто очень похожее на то, что вы могли бы увидеть в сценарии черной дыры — но если бы мы направились на корабле к центру, мы могли бы пройти без каких-либо проблем», — говорит Карлос Аргуэльес из UNLP, который был частью исследовательской группы. «Вы не умрете от того, что вас съест черная дыра; вы уйдете с миром».

Конечно, у нас нет возможности на самом деле отправить корабль через центр галактики, поэтому модель команды основана в основном на орбитах звезд и небольших облаков газа вблизи Стрельца А*. Это соответствует измерениям вращения галактики в целом, а также изображению Стрельца А*, опубликованному Телескопом горизонта событий (EHT) в 2022 году. На изображении видно светящееся кольцо перегретой материи вокруг черной дыры, которое также может быть вызвано гравитационным притяжением ядра темной материи.

Но то, что идея о том, что Стрелец А* состоит из темной материи, соответствует наблюдениям, не означает, что это правда. Гастон Гирибет из Нью-Йоркского университета говорит: «Основываясь на том факте, что это простой ответ, который соответствует доказательствам, я лично считаю, что небесное тело в центре нашей галактики — это черная дыра». «Однако… все возможности необходимо проанализировать, и это, безусловно, интересно».

Одна из потенциальных проблем заключается в том, что, хотя ядро ​​темной материи соответствует орбитам объектов, находящихся в нескольких световых часах от края черной дыры, известной как горизонт событий, неясно, работает ли модель для наблюдений «прямо на пороге горизонта событий», — говорит Шеп Доулман из Гарвардского университета, директор-основатель проекта EHT. В частности, по его словам, спиральная структура магнитного поля в этом регионе соответствует черной дыре.

Другая проблема заключается в том, что фермионная темная материя не может образовать кластер, масса которого превышает массу Солнца примерно в 10 миллионов раз. Короче говоря, это может показаться положительным моментом: сгустки фермионной темной материи могут стать настолько массивными, а затем схлопнуться в черные дыры, что может объяснить непреходящую загадку того, как сверхмассивные черные дыры становятся такими большими. Но EHT-изображение гораздо большей сверхмассивной черной дыры под названием M87* выглядит почти идентично изображению Стрельца A*, хотя масса M87* составляет около 6,5 миллиардов солнечных масс, что может затруднить принятие этой идеи.

Исследователи полагают, что ядро ​​темной материи не более вероятно, чем черная дыра, а может быть даже менее вероятным. «Сегодня, несмотря на доступные инструменты, все еще невозможно на 100 процентов отличить, действительно ли это темная материя или нет», — говорит Креспи. Для этого нам потребуются изображения такого высокого разрешения, что даже следующее поколение EHT почти наверняка не сможет их достичь, говорит Аргуэльес. Нам потребуются десятилетия, если не больше, чтобы сказать это наверняка.

Однако, если Стрелец А* представляет собой темную материю, это будет чрезвычайно важно. Фермионная темная материя не предсказывается современной стандартной моделью космологии, которая отдает предпочтение более тяжелым и медленно движущимся частицам в качестве кандидатов в темную материю, поэтому ее относительно близкое ядро ​​поколебало бы наше понимание не только черных дыр, но и всей Вселенной.

Тайны Вселенной: Чешир, Англия

Проведите выходные с одними из самых ярких умов науки, исследуя тайны Вселенной в захватывающей программе, которая также включает экскурсию по знаменитому телескопу Ловелла.